Fattore di qualità meccanica ceramica piezoelettrica Qm e sua stabilità alla temperatura

Il valore del fattore di qualità meccanica Qm caratterizza l'energia consumata dal corpo piezoelettrico per superare l'attrito interno durante la risonanza. È definito come: Qm = 2π. L'energia meccanica immagazzinata nel vibratore durante la risonanza risuona con l'energia della perdita meccanica del vibratore ogni settimana. Il valore del fattore Qm riflette la perdita meccanica del materiale piezoelettrico. Minore è la perdita meccanica, maggiore è il valore Qm. Quando si calcola il valore Qm del materiale, viene utilizzata la seguente formula approssimativa per lo schema elettrico equivalente del vibratore piezoelettrico:
Qm = 1/ 4π( C0 + C1) R1Δf ,

Dove C0 è la capacità statica del asta di quarzo cristallo piezoceramico , R1 è la resistenza equivalente della risonanza del vibratore, C1 è la capacità dinamica del vibratore e Δf è la differenza tra la frequenza di risonanza fr del vibratore e la frequenza antirisonante fa. Generalmente viene utilizzato il metodo della linea di trasmissione. Si ottengono Δf, R1, ecc., quindi si calcola Qm. Dalla funzione termodinamica dell'energia libera, viene discussa la fonte fisica del valore Qm e viene derivata la formula: e il valore Q-1m viene verificato sperimentalmente come proporzionale alla perdita dielettrica. Inoltre, nell'esperimento sulla base di ciò, il valore Qm viene espresso quantitativamente in funzione della quantità di carica spaziale e della resistività del volume e si ottiene la formula empirica: Qm = (800 lgρ - 7 500) { ( Ps - Pi) / Ps - 0,2} + 250. Dove ρ è la resistività complessiva del materiale, Ps è il valore di polarizzazione di saturazione e Pi è il valore di polarizzazione determinato sul ciclo di isteresi ottenuto immediatamente dopo l'applicazione del campo elettrico alternato, ( Ps - Pi) / Ps è l'equivalente e la quantità di carica spaziale. Quando ( Ps - Pi) / Ps ≥0. 2 , ρ ≥109Ω·cm, è in buon accordo con i risultati sperimentali. Sia teoricamente che sperimentalmente, sono state effettuate l'essenza e la caratterizzazione di Qm. Discussione approfondita. Questo ci aiuta a studiare ulteriormente la dimensione di Qm e la sua stabilità alla temperatura.

Misurazione per migliorare il valore Qm e la stabilità della temperatura

Modifica del doping
Oltre a modificare il rapporto tra i sistemi binario, ternario e quaternario, il valore Qm di Il disco piezoceramico in materiale PZT può essere migliorato in una certa misura e il drogaggio nel componente principale del materiale può migliorare ulteriormente le proprietà del materiale, inclusa l'entità e la stabilità della temperatura del valore Qm. Nello studio delle proprietà piezoelettriche dei materiali PZT duri mediante drogaggio al manganese, si è scoperto che Mn può regolare il valore Qm a causa del cambiamento di valenza in Mn. Inoltre, nel sistema quaternario Pb (Mg1/ 3Nb2/ 3) (Mn1/ 3Nb2/ 3) il materiale piezoelettrico TiZrO3 è drogato con una certa quantità di CeO2 e la deviazione relativa massima di Qm può essere ottenuta nell'intervallo -20-55 °C (rispetto al valore Qm a 25 °C) | δ(Qm)m | diminuisce dal 42% al 33%; l'offset relativo massimo di una certa formulazione è pressoché invariato quando Sr è drogato. Il drogaggio nei materiali Pb (Mn1/ 3Sb2/ 3) O3 Sn migliora la stabilità alle basse temperature di Qm. Ci sono due argomenti a favore del doping che spiegano la stabilità della temperatura di Qm. Si dice che il deterioramento delle proprietà elettriche dei materiali piezoelettrici sia spesso dovuto a microfessurazioni all'interno del materiale. Causato dalla crescita. Dopo il drogaggio per entrare nel reticolo cristallino, si genera uno stress di compressione interno, che inibisce in una certa misura la crescita di microfessure. Al fine di evitare l'aumento della resistenza alla risonanza del materiale e garantire la stabilità della temperatura di Qm. Un altro modo per dire che la struttura del materiale di modifica del drogaggio include la dimensione del grano, la condizione al contorno del grano, la costante reticolare, la densità, ecc., con conseguenti proprietà fisiche macroscopiche. migliorando così la variazione di temperatura del valore Qm. Di solito si aggiungono additivi duri come Eu, Yb, Al2O3, MgO, ecc. per aumentare il valore Qm; aggiungendo additivi morbidi come Nb2O5, La2O3, Ta2O5, ecc., si abbassa il valore Qm e la stabilità della temperatura del valore Qm è migliore del drogaggio duro.

Ottimizzazione del processo
Il processo di preparazione dei materiali piezoceramici, in particolare la preparazione, calcinazione, sinterizzazione e polarizzazione artificiale delle polveri, influenza direttamente la densità, la dimensione dei grani e le proprietà piezoelettriche dei campioni. Allo stato attuale, la stabilità della temperatura di Qm è migliorata dal processo di preparazione. Ci sono alcune difficoltà, ma la dimensione del Qm viene modificata durante il processo di preparazione. Molti ricercatori sono stati coinvolti. Ad esempio, le ceramiche TiZrO3 Cr3 + Pb drogato con ioni (Mn1/ 3Nb2 / 3) sono molto sensibili alla temperatura di sinterizzazione. Quando la temperatura di sinterizzazione viene aumentata, le proprietà piezoelettriche vengono indurite. Pertanto il valore Qm può essere controllato in modo flessibile modificando la temperatura di sinterizzazione. Kawasaki confronta il doping con la preparazione convenzionale della polvere mediante doping ad iniezione termica. Si discute che alcuni ioni impurità come Fe3 + aumenteranno il valore Qm mediante il metodo di iniezione termica, mentre alcuni ioni come Cr3 + riducono il valore Qm. Il processo è ottimizzato per preparare il materiale ceramico con prestazioni eccellenti, ovvero regolare il valore Qm.

Teoricamente vengono studiati il ​​rapporto del materiale e la modifica del drogaggio. In pratica, il miglioramento del processo consiste nel regolare il valore Qm del materiale ceramico piezoelettrico e nel migliorare la stabilità della temperatura, in modo che il materiale ceramico piezoelettrico possa essere ottenuto più ampiamente. Un metodo di applicazione efficace.